NGN的研究动态

摘要：本文概述了国际NGN标准化的研究进展，从NGN功能模型、NGN需求、NGN的移动性管理要求和框架以及基于IP网络技术的QoS等方面进行了论述。

关键词：NGN 网络 架构 QOS 业务

引言：

ITU对下一代网络（NGN）的定义是NGN 是全业务的网络，包括电话和Internet接入业务、数据业务、视频流媒体业务、数字TV广播业务和移动业务.NGN是能够提供各种多媒体业务的综合网络，支持固定和移动的融合，传统电信业务和广播业务的融合等 ，是有线/无线网络元素、计算机系统、家庭外围设备、智能工具等组成的融合环境，而不仅仅局限于基于数据的网络。这就意味着NGN必须折衷满足不同的业务质量和物理接口的要求，在业务管理、网络管理、智能化、个性化服务等方面提供完备的机制。NGN 的网络特征和技术特征是分组化传送（IP, MPLS, ATM, Ethernet）、开放的体系架构、支持移动管理功能、可管理的智能化网络。

业务和用户需求是网络发展的重要驱动力之一。从用户角度出发，他们希望通过NGN可以方便、灵活地以合理的价格获取综合化、交互化和多样化的业务；具有高带宽、QoS保证，满足用户对安全性要求的新一代的网络。服务供应商则希望NGN能够提供一个快速、开放的业务开发平台，具有根据网络的QoS水平或者设备能力灵活地提供业务 。此外，提供QoS保证也是NGN的必须功能。对于网络供应商而言，他们需要的是一个可计划、易于管理、资源可充分利用的网络，该网络同时应具有提高效率、降低成本、使网络供应商获得好的投资回报的特点。

业务差异化、个性化、多样化的发展趋势，使得世界上的主流运营商对NGN的业务提供能力在进行着积极的思考和探索。法国电信希望网络的可靠性、完整性、QoS、用户的安全保密性能够在NGN中得到保证。此外，NGN应具有更好的计费系统和应急通信系统，并且与现有的网络能够互通。在业务方面，NGN应可支持新的多媒体业务，并能结合Internet业务和传统电信业务。在具体的网络实施上，NGN要具有互操作性、多种接入能力和开放的业务体系，基于UMTS(Release5/6)体系，可操作的QoS解决方案，实现对不同业务的管理功能。

NTT DoCoMo对NGN提出了宽带化、交互式、无处不在、使用安全、可靠和简单的要求。NGN的发展目标是提供增值业务，开发丰富多彩的新业务以提供更多的利润增长点。具体的网络业务集中在交互式的端到端业务、视频业务、VPN和由其最先提出的信息家电控制业务。

韩国电信希望NGN提供一个宽带和移动性都比较好的家庭网络，同时能够保证服务质量和安全性，向IPV6演进，实现数据和话音的融合，固定和移动的融合，广播和电信的综合。

英国BT21st世纪网络认为NGN应易于创新和产生新业务，易于购买和使用新业务，便于提供新业务，同时有效降低成本。新业务的提供应具有开放的APIs和应用平台，移动和宽带化，并能够利用现有的网络能力和网络单元宽带；在降低成本方面，可以提高效率和自动化，通过网络融合来提供更多的业务；从销售带宽向计次计时的有服务质量保证的方式演进，提供单向业务保证（VOD）和双向多媒体呼叫；在移动性方面，则应支持移动终端，可漫游。

贝尔加拿大（含Aliant 和Bell West）宣布将在三年内投资一亿五千万美元，合作部署加拿大最先进的基于IP的下一代网络。 它将充分利用和演进现有网络资源和现有的业务，来实现新的业务和基于运营商网络的企业网IP解决方案；在IP网络上，提供所有的现有话音业务，同时提供一整套新的，用户喜欢的多媒体业务；简化网络的运营和管理，创造新的来自于IP应用的收入和商业机会。

综上所述，运营商推动网络向NGN演进的过程中，最为关心的NGN提供新业务和业务增长点、降低成本的能力。NGN以市场为驱动力，经过不断的演进，最终将向用户提供质量可保证并易与管理的具有新的业务能力地新一代网络。

对下一代网络（NGN）的研究一直在紧锣密鼓的进行，国际上的标准化组织也在研究和探讨通用的NGN架构。本文概括介绍了目前ITU 对NGN的总体研究概况和最新研究进展，包括功能模型、业务要求、移动性要求、可靠可管理特性和QoS等方面 。NGN的演进是一个从现有网络逐步演化的长期的过程，其各个方面的具体细节还需要不断地加以充实和完善。

一．NGN的功能模型：

根据业务与承载相分离、承载与控制相分离的思想，ITU提出了NGN的分层模型。在垂直结构上，分为应用层、控制层和传输层；在水平结构上分为接入层和核心层。图1所示的NGN分层结构是ETSI、3GPP提出的，它将作为ITU研究功能模型的参考依据，包括应用层、会话控制层、传输层和管理层，并明确区分各层的功能。

ITU最新提出的各层的细化模型如图2所示：

各部分功能定义如下：

?传输资源功能：负责传输层的控制和管理。

?传输执行功能：执行资源请求，包括防火墙功能（FWF）、NAT功能（NAPTF）等。

?媒体资源处理器：有具体的物理端口，与控制层和应用层的相应部分通信，完成控制承载层、分配资源、提供媒体混合的功能。

?传输资源和策略控制功能：控制实体和传输层之间资源请求的传递。

?会话控制功能：完成与会话状态有关的功能，包括业务触发、计费记录的产生等，并与认证和注册功能相互作用。

?注册功能：完成用户有效性注册，把用户身份和传送的有效性捆绑起来。

?用户数据库：存储用户轮廓和用户信息。

?网关控制功能：控制到其他网络（包括PSTN）的网关及控制协议互操作。

?网关功能：包括PSTN媒体网关、接入网关、中间网关（MIDCOM）等。

?信令网关：控制网络间的信令传输。

?鉴权和认证功能：完成用户的鉴权和认证

?媒体资源控制功能：分配媒体资源，为应用层的内容服务器和传输层的资源处理器分配支持IVR的接口。

?应用网关：提供对第三方业务提供者的接口。

?应用服务器：提供业务，可以为第三方业务提供者所有。

二．NGN的通用要求

NGN应该支持所有的多媒体业务，如交互式的端到端通信业务、音频视频传送业务、VPN业务、“信息家庭”应用控制业务等等，这就为NGN在业务、网络方面都提出了新的更高的要求。目前业界达成的共识是用基于分组的IP作为NGN的技术基础，并使IP网络可运营可管理，能够满足传送未来通信业务的要求。在网络技术方面，NGN将采用开放的系统协议和开放的业务体系，为接收应用请求提供通用API， 提供网络控制接口，提供灵活性、可接入性、可用性，减少对端用户的复杂性，并允许用户端使用集成设备，即一个设备同时支持音频、视频、数据应用；NGN将提供多种技术和业务下的管理功能，支持多种接入网，通过核心网和接入网之间的无缝互操作来淡化核心和本地交换的分级概念；NGN应该可控制、可维护、可管理，减少运营开销和资本开销，通过开展新业务新产品提高利润、加快投资回收；NGN将是固定电话网、移动网和数据多媒体网的融合

1． NGN的业务要求

NGN的一个重要特征就是具有支持所有多媒体业务的能力，且对于用户接入方式、采用的协议类型、资源请求的方式等不加限制。通常业务的两大阵营即会话业务和数据业务，NGN的网络架构可以按照这两大基本业务类型分别为其提供特定的业务调用方式和支持手段。图3 表明了话音和数据两大基本业务的接入和支持过程。

对于会话业务，业务的接入是由呼叫服务器中的呼叫控制或会话控制服务器中的会话控制来完成的，对于IP话音，是通过网守中的H.323或SIP代理中的SIP协议来完成；业务的支持是通过端用户终端发起的信令进程来建立资源。

对与数据业务，业务接入是通过终端和业务平台之间建立通信来完成的；业务的支持是通过业务平台发起请求来建立资源。

2．NGN的网络要求
   
QoS方面，支持端到端的QoS是NGN需要提供的一个关键的业务特性，也是生成多种新业务和商业机会的必要条件。一方面，传统的网络边缘的QoS技术在NGN中仍然有效，另一方面，随着终端功能的强大，应充分发挥终端在端到端QoS提供中的作用。

业务管理方面，必须明确区分业务提供者，包括Internet业务提供者、接入业务提供者、IP VPN提供者、电话提供者等。并把业务分成不同的等级，采取相应的计费机制。

安全性和认证方面，要提供安全性措施以防止未授权接入：一种方法是利用用户ID和密码，另一种方法是利用一些几乎不可能被仿效的固定标志，如MAC地址。并提高对紧急业务的优先级待遇。

寻址方面，要能支持固定的和动态的地址分配，支持ID的聚合，并能在保持原始固定地址的前提下，提供终端IP地址的移动性。

互操作方面，要最大限度地提供多种网络技术下协议的互通性，支持电路交换和分组交换技术的共存，并逐渐向全分组交换网络演进。

在OAM方面，NGN要提供多种技术和业务下的管理功能，既要支持分段的OAM又要支持端到端的OAM，网络元素不仅要执行本层的OAM，还要支持层间的互操作，底层的错误要及时通知高层，以便高层采取必要措施；对于多传送者网络，网络故障要及时准确地定位于某一传送者，以采取相应措施；此外，对于点到多点、多点到点、多点到多点网络，NGN都应提供良好的OAM支持。良好的自愈功能对NGN也是十分必要的，网络要有可靠的故障检测、故障定位、错误报告和系统保护能力。

移动性方面，主要是提供多接入技术环境下的无缝移动性，引入虚拟归属环境（VHE）解决跨域移动问题。

在控制平面，重点是把应用层的会话控制和IP层的选路控制联系起来，例如将应用层用户识别的结果形成随机数传递，作为IP层识别的标记。

三．NGN的移动性管理要求和框架

NGN中必然共存多种有线的、无线的接入技术，如：WLAN、xDSL、2G/3G/4G移动网络，如图4所示。每个接入网都与IP骨干网相连，并与其它接入网相互作用为用户提供无缝业务。因此，NGN的一个关键性要求就是为用户和终端提供移动性管理（MM）以保证异质网络之间的漫游和进行中会话的无缝移动性。以前所提出的移动性管理技术都是针对特定的同类型移动系统中的用户行为，未来的标准化工作应努力使NGN的移动性管理协议和方案提供以下特征：

?基于分组的传输

?MM不仅要支持更高的速率，而且要支持大量具有IP多媒体业务要求的应用和多种通信方式（如人-人、机-机、机-人、人-机）下的应用。

?无缝业务的概念从移交、漫游向更广的范围延伸，提供跨异质网络的无缝业务。

?MM框架应支持跨不同接入网络的游牧性、漫游、用户的无缝移动性

?MM功能应提供有效的识别、鉴权和调解功能，以实现在不同的接入技术环境中无缝地接入同一业务。

1． 移动性管理的分类

移动性的类型有终端移动性、个人移动性、业务移动性。移动性支持的等级有游牧移动性和无缝移动性。游牧移动性包括跨不同接入网的漫游和业务携带，在此过程中，会话的连续性即无缝移动性得不到保证，这对于实时或对丢包敏感的应用是不可接受的。游牧移动性还包括传统的漫游，即用户在移动过程中能够改变其网络接入点，在此过程中，用户会话完全停止后再重新开始，而不是用移交的方式。无缝移动性是指用户在移动过程中能够改变其网络接入点且不中断当前会话，即支持移交功能。无缝移动性的基本内容就是对正在进行会话的终端进行移交管理，并使得用户向新网络区域移动的过程中，由于移交时延和数据丢失引起的业务中断最小化。

按照接入网（AN）-核心网(CN)的网络分割观点，NGN网络可抽象成图5的形式。其中，核心网由网络运营者管理，连接多个有线或无线的接入网。每个接入网都有各自的接入技术，属于各自的网络运营者，有各自的MM协议和管理策略。根据接入网的网内移动性管理和网间移动性管理，可将MM分为全局MM和本地MM。

全局MM指不同接入网之间NNI的移动性管理，如：同一运营者控制下的采用不同接入技术的两个接入网之间的MM或不同运营者控制下的两个接入网之间的MM，即大范围的移动性管理。全局MM包括移动性支持和与地址登记相关的进程，且应独立于接入网的接入技术。全局MM支持不同接入网间的游牧移动性，完成位置管理和AAA功能，而可以不支持无缝移动性。

本地MM指同一接入网内部的移动性管理或同一运营者控制下的采用相同接入技术的两个接入网之间的移动性管理，即小范围的移动性管理。本地MM要依据接入网内具体的无线电链接技术，通过移交来支持活动节点。本地MM既支持游牧移动性又支持无缝移动性，在接入网内部对移动终端进行无缝移交、位置登记和位置更新。

需要注意的是，全局MM的进程要比本地MM进程复杂得多，因为与相同无线电技术、相同操作者的本地MM相比，全局MM涉及到不同的无线电调制、信令协议、运营者策略之间的转换，就必然引入更长的移交时延，因此对全局MM的要求也要比对本地MM的要求放松一些。

2． 移动性管理的功能要求

1) 识别、鉴权和授权

当用户向网络请求MM业务时，网络运营者首先要对用户及相应的用户终端进行识别，识别的依据就是标识符。以下几种都可认为是标识符(ID)：

?网络接入标识符（NAI）,其形式为：用户@域

?IP地址或相应的域名

?电话号码（如E.164）或移动电话号码

?特定的设备号（如3GPP中的MSID）

完成识别后，就要从业务的角度进行鉴权和授权，典型方案是IETF中规定的AAA。

2）位置管理

位置管理用来识别用户当前的网络位置并在用户移动时跟踪其位置变化。当向一个移动终端发起呼叫时，当前位置信息被传到呼叫或会话管理器，在位置管理的协助下，通信节点定位移动终端的位置以建立会话连接。典型的位置管理进程包括位置登记、位置更新、位置释放。MM管理需要解决位置ID的问题，位置ID由位置管理器保存和管理以识别用户当前位置，位置ID最好与用户或终端ID相同。在IETF定义的MM协议中，MIP和SIP分别提供了位置管理的功能。MIP中，由归属代理作为位置管理器；SIP中，由位置服务器或DB保持位置信息。

3）寻呼管理

寻呼管理可以提高位置管理操作性能，因为它可以减少地址登记和地址更新过程中控制信息的数量。并且，在寻呼管理方案中，每个终端都可以在休眠模式下运行，从而有效的节省了电能。在基于IP的MM协议中的寻呼方案需要底层链路层的支持，即由链路层负责调用休眠模式下的终端并发起相关的地址登记进程。

4）路由管理

MM中的路由管理主要是向移动终端转发数据分组。通过传统的IP 路由方案转发是可以的，但考虑到位置管理，路由管理可以由位置管理器来完成，例如在MIP中，可以由归属管理器(HA)通过隧道方式将数据分组转发到移动终端。

5）移交管理

移交管理意在为移动终端提供无缝移交，进而提供无缝的会话连接。无缝移交方案的基本目标就是使由于移交延时和数据丢失所带来的业务中断最小化。通常，无缝移动性就是指无缝移交。在大多数MM协议中，移交管理与适当的位置管理一起执行。按照移交区域，移交可分为接入网网内移交和接入网网间移交。当然，网间移交的性能要比网内移交差。

移交管理是MM面临的一个挑战。在基于MIP的网络层，IETF定义了MIP快速移交（FMIP），在传输层，SCTP扩展提供了无需任何特定网络代理的软移交功能。这方面的问题还有待深一步研究。

3． 移动性管理的协议要求

移动性管理协议既要支持移动网络，又要基于大环境的IP技术，包括IPv4和IPv6，并能与现存的非IP接入网互通。由于多接入技术的共存，要求NGN的移动性管理协议提供有效的位置保密和位置管理功能，并为位置管理提供分页支持。全局移动性管理和本地移动性管理对协议有不同的要求：

对于全局移动性管理，要求协议独立于不同的接入技术，提供用户或终端识别的机制，并能够与已建立的AAA及安全措施进行互操作，与本地移动性管理协议进行有效的互操作。

对本地移动性管理，要求协议能够提供移交管理功能，提供与全局移动性管理互操作时的网关功能，提供与现存IP地址配置机制的互操作及具有稳定有效的分等级结构。

四．NGN网络管理

未来的IP网络是有线/无线网络元素、计算机系统、家庭外围设备、智能工具等组成的融合环境，而不仅仅局限于基于数据的网络。这就意味着未来的IP网络必须折衷满足不同的业务质量和物理接口的要求。现存的IP网络在带宽预留、商业模型的提供、基于反馈控制的流量控制和管理、接入控制等方面都很薄弱，因此无法保证实时用户和多媒体应用的业务质量，满足不了未来的商业需要。因此NGN必须是一个安全可靠的、可管理的、提供端到端QoS保证的网络。图6给出了基于MPLS的可靠、可管理IP网络参考框架。

1．可靠性、可管理性等级

分等级管理是NGN 管理的一个基本要求，不同等级的划分应由用户和网络运营者双方面决定。下表给出了分等级管理的一个例子：

2．可靠的、可管理的IP网络的功能

NGN强大的功能必然要求相应的管理功能来支持，下面从管理性的角度讨论了NGN的功能。

1)命名和寻址能力：要对现存的基于IP地址的域名服务（DNS）功能进行扩展，并提供相应的支持DNS结构的寻址方案。地址和域名服务器之间的实时转换和映射要支持移动性，对于经常移动的用户，为其提供归属地址和临时地址的捆绑进程。

2)信息导航和查询能力：通过名字来识别、查询和管理所有的端用户和应用，按照相应的目录进行信息的搜索和分类。

3)信息接入控制和安全能力：通过接入控制技术和密码技术为用户构建一条通向本地网的安全通道，特别是对于IP VPN业务,安全性的考虑更为重要，需要采取一系列管理策略来决定VPN客户的连通性和QoS。

4)端到端透明能力：在业务移交过程中提供无缝连接，并保持端到端的透明和与先前一致的QoS。

5)点到点、点到多点、多点到多点连接能力：能够识别多播和广播的通信结构，在域名服务数据库中采取适当的注册和成员分配机制以支持多播IP。

6)路由和转发控制能力：为支持网络的有效性和健壮性，NGN的路由算法要支持基于QoS的路由、多路径选择、路由聚合、网间路由信息交换、移动性等能力。对于以连接为导向的传递模式，可以考虑用基于流的标签技术建立端到端的虚联接，以提高路由和转发的速度并提供差别服务。对于无连接的传递模式，要求路由器按照QoS等级进行路由转发，并避免环路和保持信息一致性。

7)移动性控制和管理能力：移动性管理的进程要与安全性管理结合，提供相关的注册协议对移动用户进行鉴权，同时保持端到端的透明性。用户终端负责自动更新其位置数据库，并由移动性数据库进行不断检察。要建立机制保证移动用户在改变其网络接入点时使用相同的IP地址。讨论临时地址有效地识别访问区域的方法。

8)带宽分配和SLA协商能力：可靠、可管理、无缝的NGN要提供SLA协商能力，允许用户选择自己的业务轮廓和性能特性。从本地到全局，提供全程的管理机制以保证SLA的实现，并提供相应的记账和计费机制及收费通知机制。

此外，还有自动发现和自动配置能力、端用户及业务的注册和识别能力、用户分组和应用聚合能力等等。 
       
五．基于IP网络技术的QoS

提供端到端的QoS是NGN的一个关键特性，当前QoS讨论的焦点有：

?端到端的涵义、边界的定位、UNI的范围

?端到端及分段的性能监测

?应用中的QoS机制

?QoS参考架构

?准入控制和资源管理，包括网络层实体和应用层实体之间的互操作

?对多业务共享有限带宽的接入网的控制机制

?通过信令进行端到端、边缘到边缘、用户到网络的QoS协商支持端到端QoS的MPLS机制细节
 
解决QOS的方案目前归纳为以下4种模型，目前正在研究之中。

（1）资源代理模型（NTT、Alcate、China）无带内信令

2）优先级提升方案PPS（NTT）－基于测量的允许控制

（3）3GPP、PACKET CABLE的方案－使用鉴权标识作为SIP和IP层的关联

（4）SG11模型－正在研究

六．总结：

下一代网络（NGN）的需求及功能框架已基本上达成了共识，未来的NGN工作将对宽带无线、接入技术、网络融合、存储技术、路由技术、网络安全、QoS等各个方面的关键技术进行具体细致的研究，以形成通用的标准规范。并且，不仅要重视NGN网络技术和框架的探讨，还要重视NGN的市场和商用方面的问题，使得下一代网络既能为用户提供可靠的、便利的、智能的服务，又能为运营者带来商业利益和发展空间。
                                                               
赵慧玲：中国通信标准协会网络与交换技术工作委员会主席、中国电信集团北京研究院副院长

徐向辉：中国电信集团北京研究院硕士研究生